De Celine Caseys

A fost odata un pamant in care hrana nu era garantata zilnic. Copiii cautau paduri pentru a culege fructe de padure. Cand aveau noroc, gaseau capsuni. Fructele erau mici, dar cu adevarat gustoase. In jurul focului noaptea, auzeau legende despre fasole magica si plante uriase.

Secole mai tarziu, pentru majoritatea, realitatea este destul de diferita.

Array

In timp ce „Jack and the Beanstalk” este acum o carte pentru copii derivata din cateva filme, legumele si fructele uriase sunt reale si abundente. Si probabil ca nici nu-ti dai seama pentru ca este atat de normal.

Ploidy, The Up-Sizer

Marimea fructelor capsunilor salbatice si cultivate. Credit foto: Maine Agriculture in the Classroom

Gandeste-te la capsuni. Te-ai intrebat vreodata de ce sunt atat de uriasi? Sunt doar gene si nutritie bune, in principal plante sanatoase, care produc fructe mai mari?

Plantele fericite ajuta cu siguranta, dar raspunsul se afla in alta parte: ploidie.

Ce este ploidia? Este un fel de monstru?

Nu deloc! Este un fenomen natural.

Array

Ploidia este numarul de seturi de cromozomi dintr-o celula. Oamenii sunt diploizi: avem doua seturi de fiecare cromozom, unul de la mama, unul de la tata. Majoritatea animalelor mentin acest aranjament.

Plantele sunt mult mai putin conservatoare in ceea ce priveste numarul cromozomilor si tolereaza seturi suplimentare de cromozomi. Un sfert din plantele de pe aceasta planeta sunt poliploide (> 2 seturi de cromozomi), inclusiv 30% din culturi [1].

Poliploidia are unele avantaje, iar atat crescatorii de natura, cat si cei de plante s-au jucat destul de mult cu ea.

Array

De exemplu, poliploidia face ca fibrele gigant de capsuni, fara seminte de banane, fibrele de bumbac sunt mai abundente si florile de crin mai mari si mai stralucitoare.

Mai mult mai mult Mai mult!

In timp ce oamenii de stiinta au inteles efectele ploidiei, modul in care a crescut dimensiunea organelor plantelor a ramas un mister partial. Dana Robinson si colegii de la Universitatea Cornell au studiat modelul de plante Arabidopsis thaliana pentru a cuantifica multe componente celulare din plantele cu greutate cromozomiala. Constatarile lor au fost publicate in The Plant Cell [2].

Dimensiunea florilor si ramificarea tricomului pentru plantele Arabidopsis cu doua pana la opt seturi de cromozomi. Reprodus din Figura 3AB din Robinson si colab.

, 2018., Plant Cell.

Exista modalitati de a dubla numarul cromozomilor in laborator cu unele substante chimice obisnuite. Arabidopsis este o planta diploida (2C; C = numarul setului de cromozomi), dar cercetatorii au generat unele plante care sunt tetra- (4C) si octoploida (8C). Au confirmat ca marimea florii a crescut odata cu ploidia. De asemenea, au observat diferente morfologice pe suprafata frunzelor cu firele de par microscopice (tricom) care obtin mai multe ramuri atunci cand creste ploidia. In acest caz, este posibil sa se aproxime numarul de seturi de cromozomi uitandu-se la plante cu o lupa.

Desenarea plantelor la diferite ploidii si urme reale de celule (linii gri) pe suprafata sepalului. Punctele albe reprezinta celule de paza. Reprodus din Figura 1D si 3D din Robinson si colab., 2018., Plant Cell.

Pentru a cuantifica modul in care organele plantelor se schimba in dimensiune, cercetatorii au privit cu atentie sepalele (structurile asemanatoare frunzelor verzi de sub o floare) cu un zoom de 20x, au realizat imagini si au trasat toate celulele de la suprafata. Ei si-au repetat masuratorile pe cel putin 50 de sepale pentru a obtine estimari fiabile.

Cercetatorii au descoperit ca suprafata celulei creste, dar nu se dubleaza exact (creste ~ 1,7x) atunci cand ploidia se dubleaza. Mai important, planta compenseaza cresterea dimensiunii prin scaderea numarului de celule.

Povestea unei expansiuni

Imaginati-va o carte. Acum, sa ne imaginam ca tiparirea acestei carti merge prost si duplica fiecare pagina. Va genera o carte mult mai mare. Ei bine, este aceeasi idee cu genomul si numarul cromozomilor. Daca se dubleaza, este nevoie de mult mai mult spatiu.

Ploidy are o relatie proportionala cu dimensiunea nucleara, celulara si a organelor. KR pentru raportul carioplasmatic. Reprodus din Figura 1A din Robinson si colab., 2018., Plant Cell.

Nucleul care contine ADN-ul trebuie sa se extinda pentru a gazdui materialul suplimentar, la fel cum ar fi coperta cartii pentru a gazdui mai multe cuvinte. Acest studiu arata ca a avea mai multe seturi de cromozomi genereaza, de asemenea, mai multa activitate genica. Inseamna mult mai mult material genetic si proteinele sale insotitoare in fiecare celula. Impreuna, nu doar nucleul, ci dimensiunea celulei creste in urma unei legi biologice bine cunoscute: raportul carioplasmatic.

Daca dublarea se intampla cu toate cartile de pe raft, raftul in sine va necesita, de asemenea, o actualizare a dimensiunii. Asta se intampla cu organele. Daca ti s-ar intampla, in acest moment probabil ai incepe sa arunci cartile care iti plac cel mai putin intr-un compromis spatial. Planta are aceeasi idee si scade numarul celulei, in incercarea de a compensa expansiunea.

Suficient! Spune planta.

Oamenii de stiinta au depasit limitele ploidiei in unele culturi. De exemplu, au construit capsuni cu 32 de ploid si, desi acestea umple nucleul cu mai multe seturi de cromozomi, dimensiunea finala nu mai creste mult la niveluri atat de ridicate de ploidie. Pentru comparatie, capsunul comercial pe care tocmai l-ati dorit este octoploid (8C).

Oamenii de stiinta sunt inca nedumeri in legatura cu modul in care plantele isi regleaza marimea. Este uimitor ca o planta intelege cat de mare ar trebui sa fie si sa faca ajustari pentru a se asigura ca ajunge acolo. Acesta deschide intrebari cu privire la modul in care plantele isi simt ploidia si cand si cum activeaza compensarea marimii. Ipoteza actuala este ca, deoarece organele cresc mai repede, dezvoltarea organelor se poate opri mai devreme. Planta trebuie sa aiba o modalitate de a verifica dimensiunea organului si apoi trage de dopul diviziunii celulare. Daca aveti celule mai mari, nu aveti nevoie de cat mai multe dintre ele pentru a se potrivi dimensiunii predeterminate genetic.

Daca visai la un fruct de capsuni exponential mare, stii ca celulele vegetale isi cunosc limitele si mentin mecanisme puternice pentru a le impune.

Celine Caseys

Departamentul de stiinte ale plantelor

Universitatea din California, Davis

[email protected]

Orcid: 0000–0003–4187–9018

Twitter: C_Caseys

Referinte:

[1] Salman-Minkov A, Sabath, N, Mayrose I. (2016). Duplicarea intregului genom ca factor cheie in domesticirea culturilor. Plantele naturale 2 : 16115.

[2] Robinson D, Coate J, Singh A, Hong L, Bush M, Doyle J, Roeder A. (2018). Ploidy si dimensiunea la scari multiple in sepalul Arabidopsis. Plant Cell 30: 2308-2329.

ARTICOLE SIMILAREDE LA ACELAȘI AUTOR